Alterações no campo magnético da Terra podem alertar sobre a

Uma bússola
para
os tsunamis
Alterações no campo magnético da Terra podem alertar
sobre a chegada de ondas gigantes — Igor Zolnerkevic
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_ novembro DE 2011
_ eventos extremos
E
The Yomiuri Shimbun, Yasushi Nagao / AP / Glowimages
Redemoinho
formado por
ondas do tsunami
de março de 2011
em Iwaki, costa
norte do Japão
m 11 de março deste ano, um terremoto de
magnitude 9 na escala Richter produziu
uma onda gigante, ou tsunami, que devastou a costa leste do norte do Japão, causou quase 16 mil mortes e deixou cerca de
10 mil pessoas feridas e desaparecidas. Em meio às
notícias da catástrofe, circulou pela imprensa uma
nota curiosa: segundo estimativas de geofísicos
norte-americanos e italianos, o terremoto japonês
deslocou em alguns centímetros o eixo ao redor do
qual se distribui a massa da Terra. Provocado pelo
deslizamento de uma placa tectônica para baixo
de outra durante o tremor, o rearranjo da massa
do planeta também teria acelerado a rotação da
Terra e encurtado o dia em 6,8 milionésimos de
segundo, produzindo um efeito similar ao de uma
patinadora no gelo que passa a girar mais rápido
quando recolhe seus braços.
Mas essas duas sutis alterações geofísicas não
foram as únicas produzidas por terremotos seguidos de tsunamis. Segundo um estudo produzido por pesquisadores do Instituto Nacional
de Pesquisas Espaciais (Inpe), de São José dos
Campos, e do Observatório Nacional (ON), do
Rio de Janeiro, esses grandes fenômenos naturais
provocam ínfimas perturbações no campo magnético da Terra que podem ser medidas e usadas
para monitorar o surgimento e a evolução das
ondas gigantes. A viabilidade dessa abordagem é
defendida num artigo científico que acaba de ser
submetido a uma revista internacional. De acordo com os geofísicos brasileiros, as conclusões
do trabalho podem servir de base para produzir
melhorias significativas e de baixo custo nos sistemas atuais de alerta contra tsunamis.
Não é novidade que os oceanos podem influenciar sutilmente o campo magnético percebido
pelas bússolas e gerado no centro da Terra. Pesquisadores mediram já no final dos anos 1960 a
variação no campo geomagnético induzida pelo
movimento diário das marés. O sal dissolvido na
forma de íons de cloro e sódio eletricamente carregados faz da água do mar um fluido condutor
de eletricidade. Os movimentos desse fluido com
respeito ao campo magnético da Terra induzem
pequenas correntes elétricas no mar, explica a
geo­física Virgínia Klausner, do ON, uma das autoras do estudo dos tsunamis. Chamado de efeito de
dínamo, o fenômeno é o mesmo que gera corrente
elétrica em um fio de metal condutor quando
este se movimenta próximo de um ímã, afirma
o físico Odim Mendes Junior, do Inpe, um dos
orientadores de doutorado de Virgínia. “Essas
correntes elétricas sustentadas no mar por sua
vez criam um campo magnético que se sobrepõe
física
Geologia
PESQUISA FAPESP 189
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Ondas gigantes na costa do Sri Lanka: um dos locais atingidos pelo tsunami de 2004 no oceano Índico
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nasa / earth observatory
Nova abordagem poderia
ser usada para monitorar
o surgimento e a evolução
de ondas gigantes
tim EOS, da União Geofísica Americana,
de 11 de janeiro de 2011, era consistente
com a altura da onda detectada pelos
sensores de pressão submarinos em alto-mar (15 centímetros).
O artigo chamou a atenção de Virgínia, que, orientada por Mendes e pelo
geofísico Andrés Papa, do ON, trabalha
analisando perturbações geomagnéticas
decorrentes da interação Sol-Terra, registradas pelo observatório de Vassouras
(RJ) e pela Rede Internacional de Observatórios Magnéticos em Tempo Real
(Intermagnet). O Brasil localiza-se numa região bastante peculiar do ponto de
vista geofísico: está sob a influência da
Anomalia Magnética do Atlântico Sul,
do Eletrojato Equatorial e da anomalia
de ionização equatorial (ou de Appleton).
Tais fenômenos tornam mais complexo
o efeito das pertubações do campo magnético sobre o território brasileiro, que
podem atrapalhar a prospecção de minérios e afetar linhas de transmissão de
energia elétrica. Os cientistas perceberam
que poderiam usar um método numéri-
O Projeto
Análise das características do
acoplamento eletrodinâmico plasma
solar-magnetosfera com base nos
efeitos das correntes elétricas
planetárias - no 2007/07723-7
modalidade
Auxílio Regular a Projeto de Pesquisa
Co­or­de­na­dor
Odim Mendes Junior - Inpe
investimento
R$ 44.274,95 (FAPESP)
nasa / noaa
ao campo magnético da Terra e que você
pode medir com magnetômetros adequados”, diz Mendes, cujos trabalhos
são financiados pela FAPESP.
Medir o magnetismo de um tsunami,
entretanto, parecia algo impossível até
pouco tempo atrás. Enquanto a intensidade do campo magnético da Terra é
da ordem de 30 a 50 mil nanoteslas – 20
vezes menor que a de um ímã de geladeira – a variação nesse campo provocada
por um tsunami seria de 1 a 10 nanoteslas. Até existem magnetômetros com a
precisão necessária para medir essas variações, mas o sinal pode ser mascarado
por perturbações magnéticas centenas
de vezes mais intensas provocadas, por
exemplo, por tempestades solares.
O Sol, porém, passava por uma fase
excepcionalmente calma quando, em 27
de fevereiro de 2010, um terremoto de
magnitude 8,8 na costa do Chile gerou
um tsunami que se propagou por todo o
Pacífico. Com grande dificuldade, os geo­
físicos Chandrasekharan Manoj e Stefan
Maus, da Agência Norte-americana de
Administração da Atmosfera e dos Oceanos (Noaa), nos EUA, junto com Arnaud
Chulliat, do Instituto de Física do Globo
de Paris, na França, conseguiram distinguir visualmente um sinal de 1 nanotesla
captado por um magnetômetro instalado
na ilha de Páscoa, a 3.500 quilômetros do
epicentro do terremoto. O sinal coincidia
com a chegada do tsunami à ilha e sua
intensidade, de acordo com os cálculos
publicados pelos pesquisadores no bole-
co que tinham desenvolvido, há mais de
seis anos, para o estudo de perturbações
geomagnéticas na busca por sinais dessa
natureza associados aos tsunamis.
A técnica matemática é chamada de
“análise wavelet” – ondas pequenas seria
a tradução de wavelet. Ela é muito usada
por físicos e engenheiros para distinguir
estruturas localizadas ou, posto de forma
mais coloquial, “agulhas em palheiros”.
A ferramenta age como uma espécie de
microscópio capaz de dar um zoom em
características de sinais que passariam
despercebidas. Essa propriedade permite
identificar irregularidades locais no sinal
geomagnético, entre as quais o começo
de um tsunami e a assinatura típica de
sua propagação.
Utilizando uma implementação dessa
técnica, Virgínia, Mendes e Papa analisaram junto com Margarete Domingues, especialista do Inpe em
wavelets, os dados de
estações nos oceanos
Índico e Pacífico que
fazem parte da rede
Intermagnet, mantida
por 44 países, incluindo o Brasil, e que disponibiliza seus dados
pela internet. Para três
tsunamis recentes – o
japonês de 2011, o chileno de 2010 e o de Sumatra-Andaman,
que em 26 de dezembro de 2004 causou
quase 300 mil mortes em vários países
do oceano Índico –, os pesquisadores
encontraram sinais magnéticos antecedendo a chegada das ondas gigantes em
10 estações da Intermagnet.
Virgínia lembra que não foi fácil encontrar estações magnéticas próximas
10
teslas
é a variação
máxima
provocada
no campo
magnético
da Terra por
um tsunami
aos centros de origem dos tsunamis,
sobretudo para os eventos de 2004,
que atingiu uma área de países pobres,
com poucas estações, e o de 2011, que
ocorreu tão perto da costa que houve
interrupção no fornecimento de dados do observatório mais próximo, o
de Kakioka, no Japão. O fato de nem
sempre conseguirem dados de estações
costeiras equipadas tanto com magnetômetros como marégrafos também dificultou uma comparação mais detalhada entre sinais magnéticos e o nível do
mar. A exceção foi a estação de Papeete,
na Polinésia Francesa, equipada com
ambos instrumentos. Ali foi possível
captar sinais magnéticos do tsunami
chileno de 2010 até duas horas antes
da chegada da onda.
Como nasce um tsunami
Modelo do Noaa sobre
o tsunami japonês
de março de 2011:
tons mais próximos
do preto e púrpura
indicam áreas do
Pacífico com previsão
de ondas maiores
Geralmente produzidos por deslocamentos abruptos de falhas geológicas
no assoalho oceânico (a causa também
de terremotos), os tsunamis começam
como ondas de comprimento da ordem
de centenas de quilômetros. De início
em águas profundas, elas se propagam
rápido, cruzando os oceanos com velocidades entre 600 e 800 quilômetros por
hora, mas se elevando apenas algumas
dezenas de centímetros acima do nível
do mar, passando despercebidas por barcos e navios. Quando alcançam o lito-
ral, porém, a mudança de profundidade
produz uma transformação radical em
seu formato: o comprimento da onda
encolhe, sua velocidade cai e, o mais impressionante, sua altura cresce, podendo
alcançar dezenas de metros.
Como nem todo terremoto oceânico
provoca tsunamis, os sismógrafos espalhados pelo planeta não são suficientes
para alertar populações em áreas de risco. Para tanto, existem dezenas de sensores de pressão instalados no fundo do
mar, a maioria no Pacífico. Entretanto,
apenas os países mais ricos têm recursos
para bancar a instalação e manutenção
dos sensores, situação que deixa várias
populações litorâneas vulneráveis. Além
disso, o sistema pode levar horas para
identificar um tsunami e nem sempre
calcula com exatidão suas dimensões.
Um boletim meteorológico japonês do
último 11 de março, por exemplo, alertava
para a chegada de um tsunami com pelo
menos 3 metros de altura, quando as ondas de fato alcançaram até 50 metros.
Algumas limitações do sistema atual
de alerta sobre a chegada de tsunamis
talvez possam ser suplantadas com a
adoção da abordagem defendida pelos
brasileiros. O geofísico Maurício Bologna, da Universidade de São Paulo, que
não participa do trabalho da equipe do
Inpe e do ON, nota “uma vantagem importante” do sensoriamento magnético
sobre os sensores submarinos de pressão: a capacidade de determinar não só
a amplitude, como a direção e o sentido
das ondas, o que ajudaria nos cálculos
das propriedades dos tsunamis em tempo real. Bologna também destaca o baixo
custo do método, que aproveitaria os observatórios já existentes da Intermagnet.
A construção de novas estações em terra
também seria mais barata que a instalação de sensores no fundo do mar.
Para o geofísico Robert Tyler, da Nasa,
a agência espacial americana, o trabalho
dos brasileiros é “importante e oportuno”. Tyler explica que o método desenvolvido poderia ser usado para analisar
os dados, por exemplo, da missão Swarm,
da Agência Espacial Europeia, que lançará em 2012 três satélites dedicados a
medir variações geomagnéticas provocadas por alterações nas correntes oceâ­
nicas. “Os fluxos dos oceanos têm um
papel central nas mudanças do sistema
climático e também em desastres naturais, como os tsunamis”, ele diz. n
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